зависят от скорости ветра. Указанное обстоятельство диктует необходимость включения в общую схему комплекса измерений измерителя скорости ветра. Общая схема комплекса, реализующего метод адаптивного измерения цвета морской воды, показана на рис. 3.
ВЫВОДЫ
В заключение сформулируем основные выводы и положения проведенного исследования.
Показано, что неучет фактора различной степени взволнованности морской поверхности из-за изменчивости скорости ветра может привести к искажению измеренной цветности исследуемого объекта.
Предложен метод адаптивных измерений компонентов цветности, позволяющий устранить искажающее влияние непостоянства скорости ветра.
Разработан алгоритм предлагаемого метода.
ЛИТЕРАТУРА
1. Duan H, Ma R., Loiselle S. A., et al. Optical characterization of black blooms in entropic waters // Science of the Total Environment. — 2014. — P. 174—183.
2. Cauwer V. D, Ruddick K, Park Y., et al. Optical remote sensing in support of eutrophication monitoring in the southern Nerth Sea // EARSel Proceedings 3. — 2004. — N 1. — P. 208—221.
3. Mobley C. D. Estimation of the remote-sensing reflectance from above-surface measurements // Applied Optics. — 1999. — Vol. 38. — P. 7442—7455.
УДК 531.768.654.922.3
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ПАРАМЕТРОВ УДАРА, НАКЛОНА И ДВИЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТРЕХОСЕВОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА
MULTIFUNCTIONAL SENSOR OF SHOCK, INCLINATION AND MOVEMENT PARAMETERS BASED ON TRIAXIAL ACCELEROMETER
Васюков Сергей Александрович
д-р техн. наук, доцент, профессор E-mail: sa_vasyukov@mail.ru
Остапенко Дмитрий Геннадиевич
студент
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва
Аннотация: Приведены результаты экспериментальных исследований ускорений, действующих при ударе по кузову, наклоне и движении автомобиля, с использованием тестовой платы STM32F3DISCOVERY с акселерометрическим чувствительным элементом на основе МЭМС-технологий LSM303DLHS. Проведен анализ уровня шумов и вибраций при креплении платы на пластиковой панели автомобиля и работе двигателя в диапазоне от 700 до 4000 об/мин. Показаны реализации ускорений при: слабых ударах в разных частях кузова; сильном ударе; медленном и быстром разгоне до скорости 20 км/ч с последующим торможением и проездом препятствий в виде "лежачих полицейских". Обоснован выбор диапазона работы акселерометра, точности измерения ускорения, частоты опроса сигнала и алгоритма фильтрации. Приведены рекомендации по выбору акселеро-метрических чувствительных элементов для многофункциональных датчиков удара, наклона и движения современных автосигнализаций.
Ключевые слова: автомобильная сигнализация, датчик удара, наклона и движения, акселерометр.
Vasyukov Sergey A.
D. Sc. (Tech.), Associate Professor, Professor E-mail: sa_vasyukov@mail.ru
Ostapenko Dmitry G. Student
Bauman Moscow State Technical University, Moscow
Abstract: Results of experimental studies accelerations acting in body shock, inclination and movement of a car using STM32F3DISCOVERY test board with LSM303DLHS accelero-metric sensing element based on MEMS-technologies. The analysis of noise and vibrations levels with board mounting on car plastic panel and motor work in 700—4000 rpm range was carried out. Realizations of accelerations were shown at: weak shocks in various places on car body; strong shock; slow and fast acceleration up to 20 km per hour velocity with subsequent deceleration and passing of obstacles in the form of "speed bumps". The choice of accelerometer's working range, an accuracy of acceleration measurement, signal sample rate and filtration algorithm were substantiated. Recommendations for the choice of ac-celerometric sensing elements of multifunctional sensors of shock, inclination and movement for modern antitheft car alarms.
Keywords: antitheft car alarm, sensor of shock, inclination and movement, accelerometer.
ВВЕДЕНИЕ
Современные автомобильные сигнализации оснащены датчиками, построенными на различных физических принципах. В соответствии с принятой классификацией [1, 2] датчики можно разделить на контактные (концевые выключатели, срабатывающие при открытии дверей, капота, багажника) и бесконтактные. Датчик удара (шок-сенсор), входящий в состав практически всех сигнализаций, относят к адаптивным. Также к датчикам адаптивного типа можно отнести датчики объема (ультразвуковые, микроволновые), наклона и движения. Остальные типы датчиков, такие как инфракрасный, давления, датчик разбитого стекла и др., используются крайне редко.
На раннем этапе развития электронные датчики представляли собой независимые устройства. Они обменивались информацией с главным модулем сигнализации или по отдельным линиям [3], или по цифровым шинам [4, 5]. Подключение по цифровой шине предпочтительнее, так как позволяет реализовать ряд дополнительных возможностей. Здесь, прежде всего, выделим дистанционную регулировку чувствительности и адаптацию к внешним помехам [4, 5].
Датчики удара с чувствительными элементами (ЧЭ) пьезоэлектрического, микрофонного и электромагнитного типов, как показано в [5], обладают рядом существенных недостатков, связанных именно с типом ЧЭ. Это, прежде всего, узкопо-лосность чувствительных элементов, не позволяющая достоверно отличить удары по кузову от ложных воздействий, а также различная чувствительность датчиков, зависящая от ориентации оси ЧЭ (крепления датчика в автомобиле).
Датчики наклона электромагнитного типа, реализованные в виде отдельных устройств, применялись редко в силу их дороговизны и несовершенства характеристик. Хотя потребность в таких датчиках (а они информируют о наклоне автомобиля при эвакуации или при снятии колес) до сих пор есть. Но их недостатком также является зависимость чувствительности от ориентации датчика.
Преодоление указанных недостатков вряд ли связано с совершенствованием подвесов чувствительных элементов рассмотренных датчиков. Наиболее перспективным здесь видится применение трехосевых акселерометров, выполненных по МЭМС-технологии [6—8].
В настоящее время разными производителями реализовано несколько многофункциональных датчиков удара, наклона и движения: датчик Spider-TM S2 (http ://mobileelectronics. com.ua/ wordpress) фирмы Mobile Electronics; цифровой трехосевой датчик MS-TL4s (http://www.magicsys. spb.ru/production/LAN/_mstl4s/files/doc/html/index. htm), разработанный фирмой Magic Systems и др.
Анализ публикаций, посвященных многофункциональным датчикам удара, наклона и движения, показал, что публикации носят, в основном, рекламный характер. Не сформулированы требования к характеристикам применяемых акселерометров; нет достаточной ясности, что представляет собой информационный сигнал; каков диапазон измеряемых ускорений, воздействующих на датчик, установленный в автомобиле; какой частотный спектр сигналов при ударе, наклоне и движении.
В связи с вышеизложенным актуальными являются вопросы проектирования многофункциональных датчиков с применением микромеханических акселерометров, обладающих высокостабильными характеристиками, а также способностью адаптации к внешним помехам.
В статье рассматриваются вопросы разработки многофункционального датчика удара, наклона и движения для автомобильной сигнализации Excellent R'evolution 3 (разработка ООО "Мэджик Ринг Лтд", Россия, серийное производство — Lighting Technology, Taiwan).
АНАЛИЗ ИНФОРМАТИВНОГО ПАРАМЕТРА И ВЫРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К ХАРАКТЕРИСТИКАМ АКСЕЛЕРОМЕТРА
Автосигнализации Excellent строятся по модульному принципу. Основу составляет главный модуль, к которому по цифровой шине подключаются периферийные устройства: датчик удара, микроволновый датчик, модуль дистанционного запуска, приемопередатчик (трансивер), GSM-пейджер, CAN-модуль и др. Модульная структура позволяет построить гибкий охранный комплекс, возможности которого наращиваются в соответствии с пожеланиями пользователя. В работах [4, 5] были рассмотрены датчик удара и микроволновый датчик Excellent, взаимодействующие с главным модулем по цифровой шине. Наличие шины позволило ввести цифровые градации настрой-
ки, регулировать датчики дистанционно (с брелка сигнализации через программу настройки Magic Tuner и по GSM-каналу) и реализовать оригинальный алгоритм самоадаптации датчика к повторяющимся воздействиям по внешней зоне срабатывания. Исходя из требований по преемственности структуры Excellent, а также с учетом желаемых технических характеристик, многофункциональный датчик должен обеспечивать:
— отсутствие ложных срабатываний в условиях атмосферных и электромагнитных помех и самоадаптацию к повторяющимся воздействиям;
— независимость характеристик от ориентации датчика;
— температурную стабильность характеристик в диапазоне —40...+70 °С;
— измерение приращений угла наклона относительно установившегося положения кузова автомобиля с точностью не хуже 0,2 град и реализацию на основе полученных измерений однозоно-вого датчика наклона с цифровыми градациями настройки;
— измерение ударов по кузову (слабых и средней силы) и реализацию на основе полученных измерений двухзонового датчика удара с цифровыми градациями настройки по зонам предупреждения и тревоги;
— фиксацию сильных ударов по кузову (авария автомобиля) и выдачу информации в шину;
— измерение скорости движения автомобиля и выдачу информации в шину при превышении установленного порога;
— взаимодействие с главным модулем Excellent по цифровой шине;
— низкую себестоимость при серийном производстве.
Место монтажа датчика в автомобиле не регламентировано и выбирается установщиком сигнализации. С полной уверенностью можно утверждать, что датчик никогда не монтируется в моторном отсеке автомобиля, где уровень вибраций отдельных частей может достигать 10...12 g. Монтаж в салоне автомобиля значительно снижает уровень вибраций, действующих на закрепленный датчик. Но все же, проектируя датчик, необходимо оценить уровень и частотный диапазон вибраций в салоне в местах типовой установки датчиков. Это лучше всего сделать экспериментально.
Основные режимы, в которых работает многофункциональный датчик в составе сигнализации Ex
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.